一种单相铂改性铝化物涂层及其制备工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高温防护涂层技术领域，具体涉及一种单相钼改性铝化物涂层及其制备工艺。
【背景技术】
[0002]作为一种具有良好抗氧化、抗热腐蚀性能的钼改性铝化物涂层，已被广泛应用于航空发动机、燃气轮机叶片等耐热部件的防护，它既可以单独使用，也可以作为粘接层(bond coat)与表面陶瓷层(如Y2O3稳定ZrO2) 一起构成热障涂层(TBCs, BP thermalbarrier coatings)体系,来提高部件的抗高温氧化、抗热腐蚀性能,延长部件的服役寿命。相关应用的文献如:①中国发明专利，Pt+Si改性的β -NiAl热障涂层及其制备方法，申请号201210078703.7 中国发明专利，用于隔热涂层的经钼改性的NiCoCrAlY结合涂层，申请号200610169095.5 中国发明专利，一种防护涂层，申请号200410003852.2等。
[0003]对于高温合金及高温防护涂层部件，其抗氧化性能主要依靠:(I) 一层致密并且生长缓慢的Al2O3膜，阻止元素的内外扩散；(2)氧化钇稳定氧化锆陶瓷涂层来降低粘结层表面的温度。但是由于Al2O3膜和陶瓷涂层很脆，粘结层涂层在使用过程中表面出现的褶皱起伏很容易导致Al2O3膜和陶瓷涂层脱落，因此抑制粘结层在高温过程中的表面褶皱可以提高TBCs涂层的使用寿命。
[0004]钼改性铝化物涂层中常见的金属间化合物有β-(Ni，Pt)Al，Y ' _(Ni，Pt)3Al以及PtAl2等，Y' -(Ni，Pt) 3A1中Al含量太低而不能长时间维持生成单一的Al2O3膜，而PtAl2太脆，容易剥落，并且结构不稳定，容易在高温氧化过程中转变为β - (Ni，Pt) Al，相变引起涂层体积变化从而导致表面褶皱，最终导致Al2O3膜和陶瓷涂层脱落。而3_(Ni，Pt)Al是理想的涂层存在相，其具有稳定的结构和较高的Pt、Al固溶度，适合作为TBCs系统的连接层，因此如何制备出单一相的β -(Ni，Pt)Al涂层成为延长高温防护涂层服役时间的关键。
【发明内容】
[0005]为了延长TBCs热障涂层的服役时间，本发明的目的在于提供一种单相钼改性铝化物涂层及其制备工艺。本发明涂层中仅含有稳定的β-(Ni，Pt)Al单相组织，在保证涂层热稳定性的同时提供了足够含量的铝和钼元素。因此可以防止由于相变体积变化导致的涂层表面褶皱，提高TBCs热障的涂层的使用寿命。
[0006]为了实现上述目的，本发明的技术方案是:
[0007]一种单相钼改性铝化物涂层，该涂层为β-(Ni，Pt)Al单相涂层，Pt、Al和Ni元素在β-(Ni，Pt)Al相中均匀分布，其中:A1元素含量为30-40wt%，Pt元素含量为20-30wt%, Ni 元素含量为 30-40wt%。
[0008]所述单相钼改性铝化物涂层制备过程为:首先在基体上沉积钼元素以形成镀钼基底层，然后在所述镀钼基底层上沉积Al元素，最终获得单相钼改性铝化物涂层；具体包括如下步骤:
[0009](I)通过电镀将Pt沉积在基体上形成镀钼基底层；所述镀钼基底层的厚度为1-15 μ m0
[0010](2)在镀钼基底层上面沉积Al元素形成含有i3-(Ni，Pt)Al单相或者含有β - (Ni，Pt) Al和PtAl2双相的涂层，双相涂层中的PtAl2通过热处理手段消除后，形成仅含有β-(Ni, Pt)Al的单相涂层。
[0011]步骤(I)中，所述电镀工艺采用的镀液组成为:钼含量为6-10g/L的二亚硝基二氨钼((NH3) 2Pt (NO2) 2)，20-65g/L的氨基磺酸(NH2SO3H)，lg/L的十二烷基二甲基添加剂，其余为水；镀液PH值为1-5，镀液温度为60-90°C，电镀电流密度为l-10A/dm2，电镀时间为10分钟到2h。
[0012]对步骤⑴所得镀钼基底层进行热处理后，再进行步骤(2);所述热处理温度为1000-1100°c，热处理时间为1-3小时。热处理之后镀钼基底层为Y (Ni，Pt)和Y ’ (Ni1Pt)3Al ;热处理后的镀钼基底层中Pt含量为85-95wt%, Ni含量为10-20wt%, Al含量为l_10wt%。
[0013]步骤(2)中，铝元素的沉积采用固体粉末包埋技术或低真空气相沉积技术；固体粉末包埋技术中镀钼基底层包埋在固体粉末中，低真空气相沉积技术中镀钼基底层悬挂在固体粉末之上。所述固体粉末包括惰性剂、活化剂和渗铝源，其中:惰性剂为0-50wt%，活化剂为l_6wt%，渗铝源余量；所述惰性剂为氧化铝粉，活化剂为氯化铵，渗铝源为铁铝合金粉。
[0014]步骤⑵中，铝元素的沉积过程中(渗铝)，温度900-1100°C，时间3-6小时；渗铝之后形成仅含有β-(Ni，Pt)Al单相的涂层，或者形成含有β-(Ni，Pt)Al和PtAl2双相的涂层。
[0015]渗铝后形成的双相涂层经热处理获得仅含有β-(Ni，Pt)Al单一相的所述单相钼改性铝化物涂层；热处理温度1000-1200°C，热处理时间1-4小时；或者，热处理温度800-900°C，热处理时间15-25小时。
[0016]本发明单相钼改性铝化物涂层与传统的含有PtAl2涂层相比具有以下优点:
[0017]1.本发明通过电镀与扩散渗铝结合的方法，制备单相钼改性铝化物涂层，涂层中仅含有i3_(Ni，Pt)Al单相，钼铝镍元素在β-(Ni，Pt) Al相中均匀分布，涂层中不含PtAl2相，由于PtAl2相较脆，在高温使用过程中会转变成为β -NiAl相，其相变引起的体积变化会引起表面褶皱而导致TBC的脱落，而本发明单相β -NiAl涂层中不含有PtAl2相，因此可以改善高温下TBC的抗循环氧化寿命。
[0018]2.本发明涂层韧性较含有PtAl2涂层要好。
[0019]3.本发明i3_(Ni，Pt)Al结构稳定，钼元素和铝元素在其中溶解度范围较宽，不易发生相变。
[0020]4.本发明熔点较高，可以提供足够的铝元素形成Al2O3膜，抗高温性能良好。
[0021]5.本发明钼层沉积速度快，I小时可以沉积10 μ m以上。
[0022]6.本发明涂层可以用作TBC的粘结涂层。
【附图说明】
[0023]图1是实施例2分别电镀10min、20min和40min后所得镀钼基底层在热处理之后的XRD图谱；图中:(a)电镀1min ； (b)电镀20min ； (c)电镀40min。
[0024]图2是实施例2分别电镀10min、20min和40min后所得镀钼基底层再经热处理和渗铝之后的XRD图谱；图中:(a)电镀1min ； (b)电镀20min ； (c)电镀40min。
[0025]图3是实施例2分别电镀10min、20min和40min后所得镀钼基底层在渗铝并进行了后热处理之后的XRD图谱。
[0026]图4是1100°C N1-Al-Pt相图的一部分，该图显示了本发明单相β-(Ni，Pt)Al合金组分的实施方式。
[0027]图5是显示DD5高温合金基底上β-(Ni，Pt)Al单相涂层的截面图。
[0028]图6是具有双相β - (Ni，Pt) Al和PtAl2与单相β - (Ni，Pt) Al的循环氧化性能对比图。
【具体实施方式】
[0029]以下结合附图及实施例详述本发明。
[0030]实施例1
[0031]基材采用定向凝固镍基高温合金DD5，
[0032]其化学成分如下(质量百分比):Co:7.5%,Cr:7%,ff:5%,Μο:1.5%,Α1:6.2%,Ta:6.5%, Re:3%, N1:余量。将直径为13毫米的高温合金棒用线切割加工成厚2毫米的圆片，在圆片的上方正中间位置切Φ3πιπι的圆孔，以方便电镀和气相沉积的过程中悬挂。
[0033]使用二亚硝基二氨钼(Pt(NH3)4(OH)2)来制备电镀液，镀液中含有:10g/L的二亚硝基二氨钼(该浓度是按镀液中的钼含量计算)，65g/L的氨基磺酸(NH2SO3H)，lg/L十二烷基一甲基添加剂，其余为水；
[0034]高温合金基体样品通过SiC纸磨至#400粗砂光洁度，接下来用下列步骤清洁。首先将样品在压力为0.3MPa的喷砂机中喷砂。然后将样品依次在清水-去离子水-丙酮中超声清洗后吹干备用。然后该样品浸入到王水溶液中30秒，然后浸入到蒸馏水中。
[0035]制得的样品接下来立即电镀。条件如下:
[0036]电流密度=10A/dm2
[0037]温度=900C
[0038]pH = 2 (使用氨基磺酸NH2SO3H调节)
[0039]沉积时间=30分钟
[0040]阳极和